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公開番号2025119866
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2024014944
出願日2024-02-02
発明の名称光分布生成装置
出願人日本放送協会
代理人個人,個人
主分類G03H 1/08 20060101AFI20250807BHJP(写真;映画;光波以外の波を使用する類似技術;電子写真;ホログラフイ)
要約【課題】位相分布画像に基づく3次元光分布の生成技術において、生成したい3次元光分布の態様にかかわらず、3次元光分布の光強度を所望の値に変調可能とする。
【解決手段】光の位相分布を変調可能な空間光変調器5と、空間光変調器5を照明する光を出射する光源部1と、光源部1から出射された光の強度を変調可能な光強度変調部6と、空間光変調器5への位相分布画像の表示タイミングに同期させて光強度変調部6において光源部1から出射された光の強度を位相分布画像の態様情報に基づいて変調し得るように、該位相分布画像の態様情報に係る指示信号を光強度変調部6に送信する信号処理部7とを備え、前記空間光変調器に表示された位相分布画像の態様に基づき、空間光変調器5から所定の距離の位置に、所望の強度を有する3次元光分布8が動的に生成されるように構成されている。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
所定の位相分布画像に基づき、光の位相分布を変調し得る空間光変調器と、
該空間光変調器を照明する光を出射する光源部と、
該光源部から出射された光の強度を変調可能な光強度変調部と、
前記空間光変調器への前記所定の位相分布画像の表示タイミングに同期させ、該光強度変調部において前記光源部から出射された光の強度を該所定の位相分布画像の態様情報に基づいて変調し得るように、該所定の位相分布画像の態様情報に係る指示信号を前記光強度変調部に送信する信号処理部とを備え、
前記空間光変調器に表示された位相分布画像に基づき、該空間光変調器から所定距離の位置に、所望の強度を有する３次元光分布が動的に生成されるように構成されていることを特徴とする光分布生成装置。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記所定の位相分布画像の態様情報が、前記所定の位相分布画像に基づいて生成される３次元光分布のサイズに関する情報であることを特徴とする請求項１に記載の光分布生成装置。
【請求項３】
前記光源部が、複数種類の波長の光を出射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光分布生成装置。
【請求項４】
前記光強度変調部は、前記複数種類の波長の光の各々に対して光強度変調を行う手段を個別に備えることを特徴とする請求項３に記載の光分布生成装置。
【請求項５】
前記複数種類の波長の光を同軸上にアラインメントする光束アラインメント手段と、該光束アラインメント手段から同軸上に出射された前記複数種類の波長の光に対して光強度変調を行う手段を１つ備えていることを特徴とする請求項３に記載の光分布生成装置。
【請求項６】
前記光強度変調を行う手段が電気光学素子であることを特徴とする請求項５に記載の光分布生成装置。
【請求項７】
前記光強度変調を行う手段が音響光学素子であることを特徴とする請求項５に記載の光分布生成装置。
【請求項８】
前記光強度変調を行う手段を音響光学素子とした場合に、この音響光学素子は、該音響光学素子に入射された前記複数種類の波長の光に対して付加する超音波の振動数と振幅を調整して、該音響光学素子から出射される光の光偏向角度および光強度を変更し得るように構成し、
前記音響光学素子の後段に開口を配設して、該開口において特定の波長成分の光を取り出すとともに、その取り出した光で前記空間光変調器を照明し得るようにし、かつ、時系列に、該開口で取り出す光の波長を変更することで、前記空間光変調器を照明する光の波長を時系列的に変更し、
該空間光変調器から所定の距離の位置に、所望の強度を有する３次元光分布が動的に生成されるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光分布生成装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は光分布生成装置、特に、ホログラフィ技術に係る、計算機合成ホログラムや位相ホログラム（キノフォームと同様の概念である：以下、位相ホログラムとキノフォームを纏めて位相ホログラム等と称する）等の３次元光分布を生成する光分布生成装置に関するものである。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
所望の３次元光分布を時間的・空間的に生成・制御する技術が、レーザープロセッシング、光データストレージ、立体ディスプレイ、AR/VRディスプレイ、顕微鏡および光通信等の種々の分野で求められている。
【０００３】
また、一般に、光の複素振幅分布を変調する技術として、振幅変調型の空間光変調器に、干渉と回折の計算により生成した振幅(あるいは強度)ホログラムの画像を表示する手法が知られている（例えば、下記非特許文献１）。この手法は、振幅ホログラム情報を表示した空間光変調器に光を照射し、この空間光変調器からの振幅ホログラム情報を担持した反射光に基づき、さらには必要に応じて不要な回折光成分を除去する処理を加えることで、空間光変調器から所定距離だけ離れた面に所望の３次元光分布を生成するようにしたものである。しかしながら、この手法では振幅変調型の空間光変調器を用いているため、光の利用効率が数％～十数％以下と極めて低く、光エネルギーの損失が大きい。
【０００４】
これを解決するために、位相変調型の空間光変調器を用い、位相分布画像（以下、位相ホログラムと称する場合もある）を表示して、光波の位相分布だけを変調し、空間光変調器から離れた面で所望の３次元光分布を生成する技術が知られている。この方法の場合、光の振幅を変調する必要がないため、光利用効率を大幅に向上できる。
上記位相分布画像の作成手法としては、二重位相符号化技術（例えば、下記非特許文献２、３）や、下記特許文献１に記載の線形位相符号化技術が提案されている。これらは、高精度に所望の３次元光分布を生成できるが、生成可能な３次元光分布の空間帯域幅積が、空間光変調器の空間帯域幅積に対して、1/4×1/4や1/8×1/8に減少してしまい、生成できる３次元光分布の自由度に制限が生じる点が問題となる。
【０００５】
これらに対して、位相ホログラム等に基づく３次元光分布の生成方法では、空間光変調器が有する空間帯域幅積をすべて活用して、所望の３次元光分布を生成することができることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２２－３４９８４
【非特許文献】
【０００７】
Y. Takaki and Y. Tanemoto, “Band-limited zone plates for single-sideband holography,” Appl. Opt., vol. 48, pp. H64-H70 (2009).
V. Arrizon, “Improved double-phase computer-generated holograms implemented with phase-modulation devices,” Opt. Lett., vol. 27, pp. 595-597 (2002).
D. Pi, J. Liu, and Y. Wang, “Review of computer-generated hologram algorithms for color dynamic holographic three-dimensional display” Light: Science & Applications, vol. 11, 231 (2022).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、位相ホログラム等では、生成する３次元光分布の光強度が、その分布に応じて変化してしまい、光強度の強弱を制御できない（例えば、本願の図７の比較例に示すように、輝点が多い３次元分布（例えば（ｄ）に示す態様）では、多くの輝点に光エネルギーが配分されるため、全体的な像の光強度が弱くなり、輝点が少ない３次元分布（例えば（ａ）に示す態様）では、各輝点に配分される光エネルギーが比較的多くなるため、全体的な像の光強度は強くなる）。
したがって、レーザープロセッシングや顕微鏡の分野では、光照射対象の材料や試料に対して、時系列に生成する３次元光分布の輝点の数が極端に変動する場合には、光強度を一定にして光照射することが困難である。
【０００９】
また、立体ディスプレイの分野では、生成する３次元像に応じて光強度が変動してしまう。動的に３次元像を生成する場合には、逐次的に、異なる３次元像を生成するための位相ホログラム等を切り替えて位相変調型の空間光変調器に表示するが、フレーム毎に全体的な光強度が変動してしまい、自然な３次元動画像を表示することが困難である。
【００１０】
さらに、赤、緑、青の色光を出射する各光源を用いて、フィールドシーケンシャルでカラーの３次元像を１台の位相変調型の空間光変調器に表示する際には、３次元像の赤、緑、青の各色光で光強度の相対値がずれてしまい、３次元像の色を正しく再現できない。上記非特許文献３では、カラーの３次元動画像を生成する光学系がレビューされているが、強度変調のためには、前述の二重位相符号化技術を使うことが示されているだけで、位相ホログラム等における、生成する光分布に応じた光強度の変動に関する問題の解決手法が示唆されていない。
（【００１１】以降は省略されています）

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